Способ получения защитного покрытия на лопатках газовых турбин
Изобретение относится к области машиностроения и металлургии и может быть использовано в авиационном и энергетическом газотурбиностроении для защиты пера лопаток турбин от высокотемпературного окисления и коррозии. Способ предполагает осаждение вакуумно-дуговым методом на поверхность пера лопатки слоя из карбида металла, выбранного из группы титан, хром, ниобий, тантал, молибден, вольфрам, ванадий или гафний толщиной 1 - 6 мкм, затем последовательное осаждение слоя из жаростойкого сплава на основе никеля и внешнего слоя на основе сплава алюминия и вакуумный отжиг. Изобретение позволяет повысить ресурс покрытия в интервале рабочих температур 850 - 1250°С. 1 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к области машиностроения и металлургии и может быть использовано в авиационном и энергетическом газотурбиностроении для защиты пера лопаток турбин от высокотемпературного окисления и коррозии.
В промышленности известен способ защиты лопаток газовых турбин от коррозии и высокотемпературного окисления, включающий нанесение на подложку первого слоя покрытия из моноалюминида никеля с 10 - 40% W, второго слоя покрытия на основе моноалюминида никеля и вакуумный отжиг [1]. Высокое содержание вольфрама в первом слое ограничивает диффузию алюминия в подложку, что повышает защитные свойства покрытия по сравнению с покрытием из чистого моноалюминида никеля, а соответственно и его ресурс. Недостатком известного способа является низкая рабочая температура покрытия 1050oC, получаемая по известному способу и обусловленная диффузионной природой слоев покрытия. Наиболее близким по технической сути к изобретению является способ защиты лопаток газовых турбин от высокотемпературной коррозии согласно патенту /2/, включающий последовательное осаждение в вакууме на внешнюю поверхность пера лопатки первого слоя конденсированного покрытия из никелевого сплава, содержащего хром, алюминий, тантал, иттрий, последующее осаждение второго слоя на основе алюминия и вакуумный отжиг при следующем соотношении компонентов, мас.%: Хром - 6-14 Алюминий - 10-13,5 Тантал - 1,5 - 4,5 Иттрий - 0,1 -0,8 Никель - Остальное Недостатком известного способа является высокая диффузионная подвижность легирующих элементов на границе сплав - покрытие при рабочей температуре покрытия 1150 - 1200oC, что ограничивает ресурс двухслойных покрытий как при высоких температурах ~1200oC, так и при умеренных температурах до 1000oC и ресурсах свыше (15 - 20)103ч. Технической задачей данного изобретения является увеличение ресурса покрытия в широком интервале его рабочих температур. Это достигается тем, что предлагается способ получения защитного покрытия на лопатках газовых турбин, включающий последовательное осаждение в вакууме на внешнюю поверхность пера лопатки первого слоя конденсированного покрытия из никелевого сплава, последующее осаждение второго слоя на основе алюминия и вакуумный отжиг, отличающийся тем, что перед осаждением первого слоя покрытия на поверхность пера лопатки осаждают вакуумно-дуговым методом слой из карбида металла, выбранного из группы титан, хром, ниобий, тантал, молибден, вольфрам, ванадий или гафний, а слой из карбида металла наносят толщиной 1 - 6 мкм. Введение дополнительной операции нанесения на поверхность пера лопатки вакуумно-дуговым методом слоя из карбида металла толщиной 1 - 6 мкм обеспечивает формирование на поверхности основы плотной (беспористой) карбидной прослойки с адгезией свыше 100 мПа, благодаря высоким энергиям частиц при осаждении (150 - 400 эВ), что является эффективным барьером, ограничивающим диффузию легирующих элементов из покрытия в основу и диффузию тугоплавких элементов и в первую очередь вольфрама и молибдена из основы в покрытие, ухудшающих защитные свойства покрытия при высоких температурах 1150-1200oC. Высокий уровень адгезии карбидного слоя и вакуумный отжиг лопатки после осаждения внешнего слоя покрытия, приводящий к частичному рассасыванию карбидного слоя, обеспечивают высокую работоспособность многослойной композиции в широком интервале рабочих температур благодаря плавному изменению коэффициентов линейного расширения слоев от основы до внешнего слоя покрытия. Сущность изобретения поясняется на примере. Пример. Покрытие наносят на образцы и лопатки из жаропрочного никелевого сплава с направленной кристаллизацией типа ЖС26ВНК (сплав системы Ni-W-Co-Al-Cr-Nb-Mo-Ti-V-C). Покрытие наносят на промышленной ионно-плазменной установке МАП-1 по серийной технологии следующим образом. Подготавливают покрываемые поверхности (образцы и лопатки) под нанесение покрытия (обезжиривают, опескоструивают электрокорундом, обдувают детали чистым сжатым воздухом, промывают в ультразвуковой ванне для окончательного удаления электрокорунда, сушат в вакуумном термошкафу). Осаждают слой карбида металла (карбид титана или хрома) толщиной 1-6 мкм. Для осаждения образцы и лопатки устанавливают в кассеты, кассеты размещают в камеру напыления установки, создают в камере вакуум (P![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8773.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8805.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8773.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8805.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8805.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8773.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8805.gif)
Формула изобретения
1. Способ получения защитного покрытия на лопатках газовых турбин, включающий последовательное осаждение в вакууме на внешнюю поверхность пера лопатки первого слоя конденсированного покрытия из никелевого сплава, последующее осаждение второго слоя на основе алюминия и вакуумный отжиг, отличающийся тем, что перед осаждением первого слоя покрытия на поверхность пера лопатки осаждают вакуумно-дуговым методом слой из карбида металла, выбранного из группы титан, хром, ниобий, тантал, молибден, вольфрам, ванадий или гафний. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что слой из карбида металла наносят толщиной 1 - 6 мкм.